CN107450982A - 一种基于系统状态的任务调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于系统状态的任务调度方法，包括：在MEC服务器覆盖范围内，用户向服务器发起任务请求，任务请求进入服务器缓冲区的任务队列进行排队；服务器对任务队列中的任务请求进行调度，任务请求通过服务器计算模式或者用户移动设备计算模式进行处理；处理任务请求的调度根据系统状态不同情况选择不同的调度策略；服务器每隔一段时间更新系统状态并对调度策略做出选择；根据公式寻找使通信数据量最小的调度策略；服务器选择最优调度策略，服务器选择以MEC计算模式或本地计算模式对任务进行处理。本发明利用用户移动设备的计算和存储资源换取了通信数据量消耗的减少，优化任务的处理时延，提升用户的服务质量，减轻服务器的负担。

Description

一种基于系统状态的任务调度方法

技术领域

本发明涉及到通信数据处理领域，尤其涉及到一种基于系统状态的任务调度方法。

背景技术

由于智能手机，平板电脑等移动设备的产业化，基于移动设备的移动互联网应用数量也呈爆发式的增长。这些应用会产生大量的通信数据量，同时也会造成巨大的计算资源消耗。为解决上述问题，移动通信行业提出了移动边缘计算(MEC)这一概念，MEC是一种通过在移动无线接入网的边缘设置移动边缘计算服务器，为用户提供计算，存储资源的新兴模式。MEC服务器可以将覆盖范围内的用户的一部分计算任务转移到MEC服务器上进行计算，利用MEC服务器强大的计算资源减少计算时延，从而提高用户体验。设计合理的任务调度策略，是MEC技术的关键。通过合理的任务调度策略，可以有效地利用MEC服务器的计算，存储资源以及信道的带宽，减少应用的处理时延，降低用户移动设备的功率消耗，可以在一定程度上解决移动设备功率低，计算资源少的问题。因此，对于MEC调度策略的研究近年来得到了广泛的关注。国内外的学者基于功率控制策略，计算资源分配策略等等方面，或最小化移动设备的功率消耗，或最小化应用的处理时延，或者两者同时进行，已经在这方面取得了明显的成就。然而，MEC也面临着两个挑战。其一是MEC服务器与用户移动设备之间巨大的通信数据量消耗，这势必会成为未来5G网络的一个巨大的挑战。其二是MEC仅利用了网络边缘节点的计算和存储资源，如果有效利用用户移动设备的计算和存储资源，通信数据量的消耗也能显著地减少。

发明内容

本发明考虑对若干个源文件进行计算，从而生成目标文件的计算应用。所有的源文件都缓存在MEC服务器中，用户的移动设备中缓存了一部分最流行的源文件。当用户移动设备有一个新的计算任务产生时，该任务可以由用户移动设备处理，也可以由MEC服务器处理。在MEC计算模式下，MEC服务器需要对所有的源文件进行计算，再由MEC服务器将处理完成的目标文件交付给用户的移动设备。而在用户移动设备计算的模式下，MEC服务器只需要给用户的移动设备发送没有缓存在用户移动设备中的源文件，再由用户的移动设备完成计算任务。由于MEC服务器比用户的移动设备具有更多的计算资源，因此在MEC计算的模式下，任务的处理时延会更少，但是MEC计算模式也会导致更多的传输数据量消耗。在用户移动设备计算模式下，消耗的通信数据量会更小，但是由于用户移动设备的计算资源有限，任务处理的时延会更长。单一的MEC计算模式或用户移动设备计算模式都不能满足要求。

因此本发明通过设计合理的调度策略来解决以上问题，本发明的目的就是提出了一种基于系统状态的任务调度方法，在保证任务的处理时延比较小的情况下，来减小用户移动设备和MEC服务器之间的通信数据量消耗，从而提高用户体验。

为实现上述目的，本发明是根据以下技术方案实现的：

一种移动边缘计算中的任务调度方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：在MEC服务器覆盖范围内，用户向MEC服务器发起任务请求，任务请求进入MEC服务器缓冲区的任务队列进行排队，等待之前的任务完成；

步骤S2：MEC服务器对任务队列中的任务请求进行调度，任务请求通过MEC计算模式或者用户移动设备计算模式进行处理；

步骤S3：处理任务请求的调度原则以队列状态，MEC服务器CPU状态以及用户移动设备CPU状态组成的系统状态为基准，根据系统状态不同情况选择不同的调度策略；

步骤S4：MEC服务器每隔一段时间更新一次系统状态并对调度策略做出选择；

步骤S5：寻找使通信数据量最小的调度策略，调度策略由下式决定：

L(t)＝-Q(t)U(t)+VD(t)，

其中，Q(t)表示t时刻任务队列中任务的个数，U(t)表示该调度策略调度的任务数量，D(t)表示该调度策略所需要消耗的通信数据量，V是一个控制参数，当V增大，则处理一个任务的平均时延增加而处理一个任务平均所需要消耗的通信数据量减少，当V减小，则处理一个任务的平均时延减少而处理一个任务平均所需要消耗的通信数据量增加；

步骤S6：MEC服务器选择使L(t)取得最小值的调度策略作为t时刻的最优调度策略；

步骤S7：根据所选择的调度策略，MEC服务器选择以MEC计算模式或本地计算模式对任务进行处理。

上述技术方案中，所述MEC计算模式是指MEC服务器对任务请求中的每个源文件进行计算并生成目标文件，然后将目标文件发送给用户的移动设备。

上述技术方案中，所述用户移动设备计算模式是指MEC服务器向用户的移动设备发送任务请求中未被缓存在移动设备上的源文件，并且相同的源文件只发送一次，用户的移动设备接收到所有源文件后，对所有的源文件进行计算并生成目标文件。

上述技术方案中，系统状态包括以下五种情况：

MEC服务器和用户的移动设备都有正在处理的任务或者任务队列中不存在任务请求，则任务不能被调度；或者

MEC服务器没有正在处理的任务，用户移动设备有正在处理的任务，任务队列中存在一个以上任务，则调度一个任务给MEC服务器，或者不进行调度；或者

用户移动设备没有正在处理的任务，MEC服务器有正在处理的任务，任务队列中存在一个以上任务，则调度一个任务给用户移动设备，或者不进行调度；或者

MEC服务器与用户移动设备没有正在处理的任务，任务队列中只有一个任务，则调度一个任务给MEC服务器，或者调度一个任务给用户移动设备，或者不进行调度；或者

MEC服务器与用户移动设备没有正在处理的任务，任务队列中存在两个以上任务，则将两个任务分别调度给MEC服务器和用户移动设备，或者只调度一个任务给MEC服务器，或者只调度一个任务给用户移动设备，或者不进行调度。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

本发明合理利用了用户移动设备的计算能力和缓存能力。系统通过将一部分计算任务转移到用户的移动设备上计算，利用用户移动设备的计算和存储资源换取了通信数据量消耗的减少。

此外，本发明的调度策略同时可以优化任务的处理时延，对于用户移动设备的计算能力与缓存能力的利用同时提高了整个系统的计算能力，提升了用户的服务质量，减轻了MEC服务器的负担。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1为本发明的用户向基站发送任务请求示意图；

图2为本发明的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

图1为本发明的用户向基站发送任务请求示意图；本发明有一个基站及与之相连的MEC服务器，基站与用户的移动设备之间通过无线信道相连接，MEC服务器上缓存有所有的源文件，用户的移动设备中也缓存有部分源文件。用户的移动设备和MEC服务器都能对源文件进行处理从而生成目标文件。用户的移动设备通过无线信道及基站向MEC服务器发起任务请求。MEC服务器接收到任务请求之后，将任务请求缓存在任务队列中。基站覆盖范围内的一个用户向基站发送请求，请求将若干个缓存在MEC服务器上的源文件计算成一个目标文件并发送回用户的移动设备。MEC服务器每隔一段时间更新一次系统状态并基于当前时刻的系统状态并做出调度策略选择。MEC服务器在做出调度策略后，或者将任务所需的源文件处理成目标文件，并通过基站及无线信道将目标文件发送给用户的移动设备。或直接将用户的移动设备所需的目标文件通过基站及无线信道发送给用户的移动设备，由用户的移动设备将源文件处理成目标文件。

本发明的一种移动边缘计算中的任务调度方法，包括如下步骤：

步骤S1：在MEC服务器覆盖范围内，用户向MEC服务器发起任务请求，任务请求进入MEC服务器缓冲区的任务队列进行排队，等待之前的任务完成；

步骤S2：MEC服务器对任务队列中的任务请求进行调度，任务请求通过MEC计算模式或者用户移动设备计算模式进行处理；

步骤S3：处理任务请求的调度原则以队列状态，MEC服务器CPU状态以及用户移动设备CPU状态组成的系统状态为基准，根据系统状态不同情况选择不同的调度策略；

步骤S4：MEC服务器每隔一段时间更新一次系统状态并对调度策略做出选择；

步骤S5：寻找使通信数据量最小的调度策略，调度策略由下式决定：

L(t)＝-Q(t)U(t)+VD(t)，

其中，Q(t)表示t时刻任务队列中任务的个数，U(t)表示该调度策略调度的任务数量，D(t)表示该调度策略所需要消耗的通信数据量，V是一个控制参数，当V增大，则处理一个任务的平均时延增加而处理一个任务平均所需要消耗的通信数据量减少，当V减小，则处理一个任务的平均时延减少而处理一个任务平均所需要消耗的通信数据量增加；

步骤S6：MEC服务器选择使L(t)取得最小值的调度策略作为t时刻的最优调度策略；

步骤S7：根据所选择的调度策略，MEC服务器选择以MEC计算模式或本地计算模式对任务进行处理。

MEC计算模式是指MEC服务器对任务请求中的每个源文件进行计算并生成目标文件，然后将目标文件发送给用户的移动设备。

用户移动设备计算模式是指MEC服务器向用户的移动设备发送任务请求中未被缓存在移动设备上的源文件，并且相同的源文件只发送一次，用户的移动设备接收到所有源文件后，对所有的源文件进行计算并生成目标文件。

系统状态包括以下五种情况：

MEC服务器和用户的移动设备都有正在处理的任务或者任务队列中不存在任务请求，则任务不能被调度；或者

MEC服务器没有正在处理的任务，用户移动设备有正在处理的任务，任务队列中存在一个以上任务，则调度一个任务给MEC服务器，或者不进行调度；或者

用户移动设备没有正在处理的任务，MEC服务器有正在处理的任务，任务队列中存在一个以上任务，则调度一个任务给用户移动设备，或者不进行调度；或者

MEC服务器与用户移动设备没有正在处理的任务，任务队列中只有一个任务，则调度一个任务给MEC服务器，或者调度一个任务给用户移动设备，或者不进行调度；或者

MEC服务器与用户移动设备没有正在处理的任务，任务队列中存在两个以上任务，则将两个任务分别调度给MEC服务器和用户移动设备，或者只调度一个任务给MEC服务器，或者只调度一个任务给用户移动设备，或者不进行调度。

本发明要求任务平均通信数据量尽可能小，并且需要保证任务处理时间不会接近无穷，即缓存队列中的任务数量不会接近无穷。此外，任务能否进行调度也和当前时刻MEC服务器及用户的移动设备的CPU状态有关。因此，调度策略选取原则在在实际中的施行方案便是MEC服务器基于当前系统状态对可行的调度策略进行选取。此次实例中，任务请求的到达过程服从伯努利分布，任务中请求的源文件数量服从均匀分布，源文件的流行度服从齐夫分布。

本发明的一个具体实施例的操作步骤简化如下：

1、用户的移动设备向MEC服务器发送一个任务请求，任务请求首先进入任务队列等待。

2、MEC服务器每隔一段时间更新一次系统状态，对于当前系统状态下的所有可选择的调度策略，MEC服务器获取需要调度的任务数量U(t)，以及所需要消耗的数据量D(t)。

3、根据实际需求，制定合理大小的V，对于当前系统状态下的每种调度策略，计算L(t)＝-Q(t)U(t)+VD(t)，选择使L(t)最小的调度策略作为最优调度策略。

4、MEC服务器根据所选择的调度策略，以MEC计算模式，或用户移动设备计算模式对任务进行处理，并通过无线信道将源文件或目标文件发送给用户的移动设备。

5、用户接收到从MEC服务器发送的文件，如果是目标文件，则任务完成，如果是源文件，则将源文件在本地计算生成目标文件，如图2所示，按照整个系统流程，建立基于系统状态的调度策略选取原则。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (4)

1.一种基于系统状态的任务调度方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：在MEC服务器覆盖范围内，用户向MEC服务器发起任务请求，任务请求进入MEC服务器缓冲区的任务队列进行排队，等待之前的任务完成；

步骤S2：MEC服务器对任务队列中的任务请求进行调度，任务请求通过MEC计算模式或者用户移动设备计算模式进行处理；

步骤S3：处理任务请求的调度原则以队列状态，MEC服务器CPU状态以及用户移动设备CPU状态组成的系统状态为基准，根据系统状态不同情况选择不同的调度策略；

步骤S4：MEC服务器每隔一段时间更新一次系统状态并对调度策略做出选择；

步骤S5：寻找使通信数据量最小的调度策略，调度策略由下式决定：

L(t)＝-Q(t)U(t)+VD(t)，

其中，Q(t)表示t时刻任务队列中任务的个数，U(t)表示该调度策略调度的任务数量，D(t)表示该调度策略所需要消耗的通信数据量，V是一个控制参数，当V增大，则处理一个任务的平均时延增加而处理一个任务平均所需要消耗的通信数据量减少，当V减小，则处理一个任务的平均时延减少而处理一个任务平均所需要消耗的通信数据量增加；

步骤S6：MEC服务器选择使L(t)取得最小值的调度策略作为t时刻的最优调度策略；

步骤S7：根据所选择的调度策略，MEC服务器选择以MEC计算模式或本地计算模式对任务进行处理。

2.根据权利要求1所述的一种基于系统状态的任务调度方法，其特征在于，所述MEC计算模式是指MEC服务器对任务请求中的每个源文件进行计算并生成目标文件，然后将目标文件发送给用户的移动设备。

3.根据权利要求1所述的一种基于系统状态的任务调度方法，其特征在于，所述用户移动设备计算模式是指MEC服务器向用户的移动设备发送任务请求中未被缓存在移动设备上的源文件，并且相同的源文件只发送一次，用户的移动设备接收到所有源文件后，对所有的源文件进行计算并生成目标文件。

4.根据权利要求1所述的一种基于系统状态的任务调度方法，其特征在于，系统状态包括以下五种情况：

MEC服务器和用户的移动设备都有正在处理的任务或者任务队列中不存在任务请求，则任务不能被调度；或者

MEC服务器没有正在处理的任务，用户移动设备有正在处理的任务，任务队列中存在一个以上任务，则调度一个任务给MEC服务器，或者不进行调度；或者

用户移动设备没有正在处理的任务，MEC服务器有正在处理的任务，任务队列中存在一个以上任务，则调度一个任务给用户移动设备，或者不进行调度；或者

MEC服务器与用户移动设备没有正在处理的任务，任务队列中只有一个任务，则调度一个任务给MEC服务器，或者调度一个任务给用户移动设备，或者不进行调度；或者

MEC服务器与用户移动设备没有正在处理的任务，任务队列中存在两个以上任务，则将两个任务分别调度给MEC服务器和用户移动设备，或者只调度一个任务给MEC服务器，或者只调度一个任务给用户移动设备，或者不进行调度。